JPH06227036A

JPH06227036A - レーザダイオード電力制御回路

Info

Publication number: JPH06227036A
Application number: JP5275799A
Authority: JP
Inventors: James G Davis; グレンデイビスジェームス
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1992-11-04
Filing date: 1993-11-04
Publication date: 1994-08-16
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: JP2716654B2; EP0596357A1; DE69322484T2; DE69322484D1; EP0596357B1; US5276697A

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザプリンタにおいて、過大電力、高温及
び低温、パワーアップ状態及びパワーダウン状態におけ
る過渡電圧スパイク及び過渡電流スパイクから、レーザ
ダイオードを保護する。【構成】レーザ画像システムは、レーザダイオード１
と、レーザダイオード保護回路を有する自動電力制御回
路と、を含む。前記レーザダイオード保護回路は、レー
ザ光電力が所定の最大値を越えた場合、レーザダイオー
ドの温度が所定の温度範囲より低いかまたは高くなった
場合、パワーアップ及びパワーダウン時に電力供給が所
定の電圧値より低いか又は高くなった場合、前記レーザ
ダイオード１を迂回して電力を分流する分流回路１４が
設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、概してレーザダイオー
ドに関し、より詳細には、過大電力、高温状態または低
温状態、パワーアップ状態及びパワーダウン状態におけ
る過渡電圧スパイクまたは過渡電流スパイクから、レー
ザダイオードを保護する手段を有するレーザダイオード
自動電力制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザダイオードは、様々な光学用途に
おいて、しばしば光源として使用されてきた。たとえ
ば、レーザ印刷の分野では、レーザビームがレンズによ
って集束され、フィルムのような感光性媒体上に走査さ
れる。レーザダイオードは、しばしばコンピュータに記
憶されたディジタルデータによって制御される。画像品
質は、異なるグレイ階調を有する画素で画像を形成し、
フィルム上に連続階調画像を形成することによって向上
される。連続階調放射線撮影レーザプリンタは、撮影用
フィルムを、コンピュータ断層撮影法、磁気共鳴画像
法、ディジタルサブトラクション血管造影法、超音波画
像法等の医用画像法によって生成される電子画像に露出
するためにレーザダイオードが使用されている一例であ
る。

【０００３】レーザダイオードにおける問題は、半導体
であるレーザダイオードの発光出力が、動作範囲全体に
おいて直線性がないことである。より詳細には、図１１
（電流Ｉの関数としてのレーザダイオードの光出力Ｐの
典型的なグラフ）に示したように、生成する曲線は、低
レベルの非直線動作領域を有し、その領域は、ニー領域
(knee region) から、光出力が入力信号値の関数として
直線的に変化する高レベル動作領域へとつながってい
る。直線領域は、レージング領域として知られ、非直線
の低領域は、発光領域または自然放出領域として知られ
ている。曲線は、（１）生成する光学電力出力Ｐd が、
電流Ｉd の変化に伴い、非直線的に変化する０とニー電
流Ｉk の間の低領域と、（２）光学電力出力が、電流Ｉ
d の変化に伴い、直線的に変化する第２の高領域とを含
む。非直線領域は画像入力信号レベルに応答して連続階
調画像を生成するには不適切である。このため、レーザ
出力範囲は、直線動作領域に限定される。したがって、
レーザダイオードを、しきい電流と呼ばれる既定の電流
レベル以上で動作させるのが一般的である。

【０００４】米国特許第４，５０７，７６７号は、レー
ザダイオードを光源として含み、半導体レーザと並列の
保護回路を含む光ディスク装置を開示している。この保
護回路は、半導体レーザの光出力に対応するモニタ信号
が既定値を越えた際に、２つの端子が短絡状態になる。
しかし、本特許には、低温または高温状態、あるいはパ
ワーアップ時及びパワーダウン時の電圧スパイク及び電
流スパイクに対し、半導体レーザダイオードを保護する
方法は開示されていない。

【０００５】米国特許第４，８７２，０８０号は、電流
発生回路によって励磁電流を供給させる半導体レーザ用
保護回路を開示している。この保護回路は、出力がレー
ザ光によって制御されるトランスデューサと、トランス
デューサと協同して動作するリミット回路と、リミット
回路によって付勢され、半導体レーザと並列に切り換え
られる電流分流回路と、を含んでいる。許容発光電力に
達すると、過大励磁電流は、分流回路に分流される。し
かし、本特許には、その問題点の他、高温または低温状
態からレーザダイオードを保護する方法の開示はない。

【０００６】米国特許第４，７９１，６３６号は、レー
ザオシレーティング光導波路から成る半導体レーザを開
示している。レーザオシレーティング光導波路は、光を
吸収する作用のある制御領域と、レーザ光を振動させる
作用のある主領域と、から成る。このレーザ装置は分流
手段を含み、この分流手段により、制御領域に流れる電
流の、レーザ装置に導入される全電流に対する比が、既
定のアルゴリズムに従って設定される。

【０００７】米国特許第４，０７４，３３４号は、パワ
ートランジスタによって電流の流れを制限する保護装置
を開示している。コレクタ電流とコレクタ−エミッタ電
圧が、選択された電流／電圧曲線を越えた場合、通常、
非導電性の分流トランジスタが動作状態になり、パワー
トランジスタ周辺で電流を分流する。本特許には、高温
または低温状態のモニタリングは開示されていない。

【０００８】以下の米国特許は、様々なレーザダイオー
ド制御技術を開示しているが、これらは、レーザダイオ
ードの自動電力制御とレーザダイオードの保護の課題を
十分には解消しない。米国特許第５，０１９，７６９
号、米国法定発明登録Ｈ３２２号、米国特許第４，８９
０，２８８号、米国特許第４，５０１，０２２号、米国
特許第４，６１２，６７１号。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】課題は、一定のレーザ
出力電力を自動的に設定及び維持することにある。

【００１０】他の課題は、過大電力、高温及び低温、パ
ワーアップ状態及びパワーダウン状態における過渡電圧
スパイク及び過渡電流スパイクから、レーザダイオード
を保護することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明によれ
ば、レーザダイオードの自動電力制御及び保護に関連す
る従来技術の問題点を解決することができる。本発明
は、レーザダイオード自動電力制御回路は、過大電力状
態、高温及び低温状態、パワーアップ状態及びパワーダ
ウン状態における過渡電圧スパイク及び過渡電流スパイ
クから、レーザダイオードを保護する手段を含む。本発
明のレーザ画像装置は、レーザ光出力を生成するレーザ
ダイオードと、前記レーザダイオードに電力を供給する
電力供給手段と、前記レーザダイオードを迂回して電力
を分流する分流回路手段と、前記レーザダイオードのレ
ーザ光出力をモニタするレーザ光出力モニタ手段と、前
記レーザダイオードの温度をモニタする温度モニタ手段
と、前記レーザダイオードを駆動する電力供給をモニタ
する電力供給モニタと、下記の１つまたはそれ以上の信
号に応答して、前記レーザダイオードの周囲で電力を分
流するために、前記分流手段を制御する制御手段とを含
む。ここで、ａ）前記レーザ光出力モニタ手段は、前記レーザダイオ
ードからの所定の最大レベルを越えるレーザ光を検出し
て、レーザ出力過大信号を出力し、ｂ）前記温度モニタ手段は、前記レーザダイオードの温
度が所定の温度範囲より低いか高いかを検出して、レー
ザ異常温度信号を出力し、ｃ）前記電力供給モニタ手段は、前記電力供給手段によ
って前記レーザダイオードに供給される電力が所定の電
圧値範囲より低いか高いかを検出し、電力過大信号また
は電力不足信号を出力する。

【００１２】本発明の装置により、一定のレーザ出力電
力が自動的に設定及び維持され、過大出力、高温及び低
温、パワーアップ状態及びパワーダウン状態における過
渡電圧スパイク及び過渡電流スパイクから、レーザダイ
オードを保護することが可能となる。

【００１３】

【実施例】まず、図１２について説明する。図１２に
は、本発明の実施例を組み込んだ医用画像システムが示
されている。図示されたように、医用画像システム１１
０は、医用画像法１１２によって生成されるようなディ
ジタル医用診断画像のソースを含んでいる。医用画像法
１１２は、たとえば、コンピュータ断層撮影法、磁気共
鳴画像法、超音波画像法、ディジタルサブトラクション
血管造影法、核医学法などの診断用画像法である。ディ
ジタル画像は、記憶蛍光体、ディジタルＸ線写真、ある
いは、ディジタル画像アーカイブまたは記憶システムか
らも生成することができる。医用画像法１１２によって
生成される画像は、ディジタル化され、画像記憶／プロ
セッサ１１４に記憶される。ディジタル画像は、画像記
憶／プロセッサ１１４に搭載された磁気ディスクドライ
ブまたは光ディスクドライブに記憶することができる。
ディジタル画像を、ウィンドウ幅レベル、階調調整（to
nal gradation ）、補間、エッジエンハンスメント等の
周知の技法によっても処理することができる。

【００１４】本発明に係るレーザ制御回路１２０によっ
て制御されるレーザダイオード１１８が使用され、ディ
ジタル画像のハードコピーが感光性媒体１１６上に生成
される。レーザダイオード１１８によって生成されるレ
ーザビーム１２２は、走査光学装置１２４を使用して整
形され、次いで感光性媒体１１６上を走査され、たとえ
ば、フィルム、紙等の感光性媒体１１６上にディジタル
画像が生成される。感光性媒体１１６は処理されて、固
定画像が生成される。

【００１５】医用画像システム１１０は、システムコン
トローラ１２６を含む。システムコントローラ１２６
は、たとえばマイクロプロセッサであり、画像記憶／プ
ロセッサ１１４と、レーザ制御回路１２０と、レーザダ
イオード１１８と、走査光学装置１２４と、を制御す
る。

【００１６】図１を用いて、本発明の実施例を説明す
る。本発明の特徴は、一定のレーザ出力電力を設定及び
維持し、レーザダイオードを保護することである。出力
装置１は、半導体レーザダイオードである。レーザ出力
電力は、レーザダイオード１のバックファセット(back
facet)の電力をモニタするバックファセットホトダイオ
ード２によってモニタされる。レーザダイオード１の温
度は、ハイブリッドに組み込まれたサーミスタ３によっ
てモニタされる。

【００１７】レーザダイオード１の電流は、電圧制御電
流ソース４から生成される。電圧制御電流ソース４を制
御する入力電圧は、加算増幅器（ａｍｐ）５から生成さ
れる。加算増幅器５は、トランスインピーダンス増幅器
６、７、１１からの信号が入力される。トランスインピ
ーダンス増幅器６は、バックファセットホトダイオード
２の電流出力を電圧に変換する。トランスインピーダン
ス増幅器７は、スレッショルドＤＡＣ８（スレッショル
ドディジタルアナログ変換器）の電流出力を電圧に変換
する。トランスインピーダンス増幅器１１は、リニアＤ
ＡＣ１２（リニアディジタルアナログ変換器）の電流出
力を電圧に変換する。

【００１８】本回路の動作は、自動的にレーザ電力をし
きい値レベルに引き上げる自動スレッショルディングに
よって開始される。

【００１９】後に説明するように、スレッショルドレベ
ルは、レーザダイオードの製造者によって決められたも
のとは同一ではなく、レーザ電流に対するレーザ電力出
力の関数従属性が、直線になるレベルである。自動スレ
ッショルドシーケンスは、ディジタル信号(LIN-THR-SE
L) １７（リニアスレッショルドモードセレクト）をハ
イにすることによって実施される。これによって、カウ
ンタをクロックするスレッショルドクロックを、初期値
の０００（ｈｅｘ）から増分させる。これらのカウンタ
は、１２ビットデータ２７をスレッショルドＤＡＣ８に
出力する。次いで、これはトランスインピーダンス増幅
器７によって電圧レベルに変換される。アナログ信号(T
HR DAC) ２０はトランスインピーダンス増幅器７の出力
であり、加算増幅器５に入力される。加算増幅器５は電
圧制御電流ソース４を駆動し、電圧制御電流ソース４
は、レーザダイオード１からの電流を吸収する。スレッ
ショルド検出器１０は、レーザ出力電力をモニタし、あ
らかじめ設定されたレーザしきい電力にそれが達する
と、ディジタル信号(LAS AT THR)２２をローにし、スレ
ッショルドクロックカウンタ回路９が１２ビットデータ
２７を増分するのを停止させる。レーザダイオード１
は、そのレベルを越えるとレーザ電流に対するレーザ出
力の関数従属性が直線となる電力レベルになる。

【００２０】１２ビットデータ(LINEAR DAC)１８は、レ
ーザ出力電力を、しきい電力と最大レーザ電力との間に
制御する。１２ビットデータ(LINEAR DAC)１８は、リニ
アＤＡＣ１２へ入力される。次いで、これはトランスイ
ンピーダンス増幅器１１によって電圧レベルに変換され
る。アナログ信号(LIN DAC) ２１は、トランスインピー
ダンス増幅器１１から出力され、加算増幅器５に入力さ
れる。加算増幅器５は電圧制御電流ソース４を駆動し、
電圧制御電流ソース４は、レーザダイオード１からの電
流を吸収する。レーザ過大電力検出器１３は、レーザ電
力（出力）をモニタする。あらかじめ設定されたレーザ
電力に達すると、ディジタル信号(LAS OVERPOWER) ２３
がローにされ、後に説明するように、レーザを迂回しつ
つ一時的に電流を分流することによって、レーザダイオ
ード１を保護する。

【００２１】ネガティブ・フィードバックが使用され、
レーザダイオード１の電力出力を安定化する。このルー
プは、レーザダイオード１と、バックファセットホトダ
イオード２と、トランスインピーダンス増幅器６と、加
算増幅器５と、電力制御電流ソース４と、から成る。本
フィードバックループは、レーザスロープ効率の変動
（単位電流変化当たりの出力光電力の変化）と、レーザ
しきい電流（レーザがシングルモードになる電流）の変
動と、に対してレーザダイオードを安定化する。スロー
プ効率としきい電流は、レーザダイオードのエージング
とレーザの温度の関数として変化する。さらに、本ルー
プが閉鎖されている場合、アナログ信号(THR DAC) ２０
及び(LIN DAC) ２１に対する加算増幅器５の応答感度を
低下させる。

【００２２】図１において、レーザダイオード１の保護
について以下に説明する。本発明に係る保護回路の目的
は、ｉ）過大レーザビーム電力状態、ｉｉ）高温及び低
温状態、ｉｉｉ）パワーアップ状態及びパワーダウン状
態における過渡電圧スパイクまたは過渡電流スパイク、
からレーザダイオード１を保護する手段を提供すること
である。

【００２３】レーザダイオード１の保護は、低インピー
ダンススイッチ１４によってレーザダイオード１に供給
されるべき電流の一部を分流し、レーザダイオード１を
流れる電流を一定時期（期間）減少させることによる。
本実施例において、スイッチ１４は、電界効果トランジ
スタであり、たとえば、０．５オーム未満のチャネル抵
抗を有している。このように電流を分流することを、レ
ーザダイオードにクローバ(crowbar) を配置すると言
う。

【００２４】電力供給モニタ１６は、電力供給電圧をモ
ニタする。後に説明するように、自動電力制御は、電力
シーケンサ１３０によって調整される。電力シーケンサ
１３０は、正の電力供給電圧の印加に先行して負の電力
供給電圧を印加し、また、負の電力供給電圧の遮断の前
に正の電力供給電圧を遮断する。それらの印加又は遮断
は、正及び負の電力供給電圧の差としての変化電圧（た
とえば、２ボルト）が検出された時に行われる。これに
よって、電力供給モニタ１６は、正の電力供給電圧をモ
ニタするのみとなる。電力シーケンシングの他の利点
は、レーザ駆動回路が十分に付勢されてレーザダイオー
ドによって電流を駆動する以前に、負の電力供給電圧の
みを使用しているクローバスイッチ１４が動作状態にな
ることである。パワーアップリセット回路は、ディジタ
ル信号(SLOW START)２５をローに設定し、正の電力供給
電圧が印加された後１秒間、そのローを維持する。これ
によってクローバスイッチ１４をレーザダイオード１の
両端間で短絡的に動作させ、レーザダイオード１をパワ
ーアップ時の過渡状態から確実に保護する。正の電力供
給電圧が正常値の１２ボルトから低下（たとえば１０
％）すると、ディジタル信号(PWR RESET) ２６がローに
設定され、クローバスイッチ１４をレーザダイオード１
の両端間で動作させ、レーザダイオード１をパワーダウ
ン時の過渡状態から確実に保護する。電力保持回路は、
クローバスイッチ回路を動作状態に維持し、電力が当該
回路から除去された後の短期間（たとえば１．４秒間）
レーザダイオードに対する分流作用をなす。

【００２５】レーザダイオード温度モニタ１５は、サー
ミスタ３を使用してレーザ温度を感知する。温度が、２
５゜Ｃを中心とするあらかじめ設定した温度ウィンドウ
の範囲外（高温または低温のいずれか）になると、ディ
ジタル信号(LASER OUT TEMP)２４がローに設定され、ク
ローバスイッチ１４を動作させ、高温及び可能性のある
温度異常状態からレーザダイオード１を確実に保護す
る。もし、その保護がない場合、次のようになる。集積
実装されたレーザダイオード１とバックファセットホト
ダイオード２の温度が上昇する際に異常状態が発生す
る。このような温度上昇はバックファセットホトダイオ
ード２の効率を低下させ、次いでバックファセットホト
ダイオード２の電流出力を低下させる。自動電力制御回
路は、これをレーザ電力の低下として感知し、レーザ電
流を増加させる。レーザ出力効率は温度上昇によって低
下し、増加された電流がさらに温度を上昇させると、レ
ーザダイオード１及びバックファセットホトダイオード
２の双方の効率をさらに低下させることになる。温度異
常の本サイクルにより、レーザダイオード１に損傷を与
え、故障の原因となる。

【００２６】レーザ過大電力検出器１３は、あらかじめ
設定したレーザダイオード１の最大動作電力未満の限度
を、レーザ電力が越えた場合にこれを感知する。過電力
状態が生じると、ディジタル信号(LASER OVERPOWER) ２
３がローにされる。これによって、クローバスイッチ１
４を動作させ、レーザダイオード１が損傷及び故障の原
因となる電力レベルに達しないよう、確実に保護する。

【００２７】以下は、本発明の自動電力制御（ＡＰＣ）
とレーザ保護回路についてのより詳細な説明である。

【００２８】レーザダイオード１及びバックファセット
ホトダイオード２レーザダイオード１は、たとえば、５ｍＷ、６７０ｎｍ
のレーザダイオードである。これらのダイオードは、他
のダイオード（たとえば、赤外レーザダイオード）に比
べて過渡状態によって損傷しやすく、より精巧な保護方
式を必要とする。

【００２９】レーザダイオード１には、バックファセッ
トホトダイオード２が集積されており、レーザダイオー
ド１のバックファセットからの光出力をモニタする。

【００３０】サーミスタ３レーザの温度はサーミスタ３によってモニタされる。サ
ーミスタ３はハイブリッドに実装されているのが好まし
い。サーミスタ３は、サーミスタインクの３平面から成
る。このインク平面は電気的に直列で、厚膜ハイブリッ
ド技術を使用してセラミック基盤上にシルクスクリーニ
ングされている。サーミスタは、固定レジスタと直列で
ある。この固定レジスタは、総抵抗を５Ｋに低減するの
に使用される。ハイブリッドは、レーザダイオード１を
ハイブリッド自体に実装し、サーミスタをレーザダイオ
ードケースと直接接触させ、レーザダイオード１の温度
モニタを効率化する。

【００３１】電圧制御電流ソース４及び加算増幅器５図２は、電圧制御電流ソース４を示している。電圧制御
電流ソース４は、たとえば、ｎチャネル拡張モードのＦ
ＥＴ型トランジスタ２８である。ゲートからソースへの
電圧、すなわちＶｇｓは、ＦＥＴ型トランジスタ２８の
電流出力を制御する。ＦＥＴ型トランジスタ２８のゲー
トの電圧は、加算演算増幅器２９によって設定され、加
算演算増幅器２９は、抵抗器３０上方の電圧を感知す
る。

【００３２】起動時には、信号(VIO REF) ３２が加算演
算増幅器２９の加算ノード３１への唯一の入力であり、
抵抗器３０の電圧低下をゼロに設定するよう調節され、
したがって、電流ソースＦＥＴには電流が流れない。信
号(VIO REF) ３２は、種々の入力から加算演算増幅器２
９への入力オフセット電圧効果を打ち消し、さらに、Ｆ
ＥＴ型トランジスタ２８と抵抗器３０間の接合部におい
て、たとえば−８．１ボルトといった負の電圧を設定
し、電流出力を０ｍＡに設定する。

【００３３】加算演算増幅器２９の加算ノード３１への
アナログ信号(THR DAC) ２０の入力は、レーザダイオー
ド１のレーザ電力を、たとえば０．５ｍＷといったしき
いレベルに引き上げるのに使用される。加算演算増幅器
２９の加算ノード３１へのアナログ信号(LIN DAC) ２１
の入力は、レーザ電力を、たとえば０．５と４．５ｍＷ
の間で変化させるのに使用される。信号(APC FEEDBACK)
３３は、レーザ電力と、図１のバックファセットホトダ
イオード２のトランスインピーダンス増幅器６からのソ
ースを安定化するのに使用される。

【００３４】クローバスイッチ１４及び電力モニタ図２は、さらに図１のクローバスイッチ１４の詳細を示
している。クローバスイッチ１４は、ｐチャネル拡張モ
ードのＦＥＴ型トランジスタ３４である。記載した例で
は、ＦＥＴ型トランジスタ３４のゲートは、ＦＥＴ型ト
ランジスタ３４を動作状態にし、クローバスイッチ１４
を閉鎖するグランド電位にある電圧制御電流ソース４よ
り２ボルト低くなければならない。

【００３５】パワーダウン時のクローバスイッチ１４へ
の電力を保持するのに使用される電力保持回路３５は、
ダイオード３６と、抵抗器３７と、ダイオード３８と、
電流パス抵抗器３９と、キャパシタ４０と、電流パス抵
抗器４１と、ダイオード４２と、から成る。パワーアッ
プ時に、キャパシタ４０は、電流パス抵抗器３９とダイ
オード３８とダイオード３６を介して蓄電される。電力
シーケンサ１３０（図１０）は、ＶＤＤ＝＋１２ボルト
に先行して、ＶＢＢ＝−１２ボルトを確実に動作状態と
する。これにより、キャパシタ４０は完全に蓄電され
る。パワーダウン時に、ダイオード３６は、逆バイアス
されて０ボルトに低下し、クローバノード４３をＶＢＢ
から隔離して、キャパシタ４０に接続する。キャパシタ
４０は電流パス抵抗器４１とダイオード４２と抵抗器４
４を介して、接地にゆっくりと放電される。これによっ
て、クローバスイッチ１４は、レーザ電流を電力低下後
１．５秒間分流し、パワーダウン過渡状態からレーザを
保護する。

【００３６】図３は、クローバ駆動回路４５を示してい
る。クローバ駆動回路４５は、電力が供給されて動作す
るように設計された。クローバ４６が高インピーダンス
であり、図２においてＶＢＢ＝−１２ボルトである場
合、ＦＥＴ型トランジスタ３４のソース電圧に対するゲ
ートは−１１．３ボルトである。ＦＥＴ型トランジスタ
３４は動作状態となり、クローバＦＥＴ３４によってレ
ーザ電流が分流される。図２に示されたクローバ駆動回
路４５において、ゲート４８の出力は、トランジスタ４
９のベースを駆動し、トランジスタ４９の出力を高イン
ピーダンスまたは５ボルトの参照出力(LPM 5V REF)５０
との間で切り換える。ゲート４８の出力が(LPM 5V REF)
５０との差が０．７ボルト以下である場合、トランジス
タ４９は遮断され、その出力は高インピーダンス状態と
なる。ゲート４８は、パワーアップ時に信号(BRD RESE
T) １９及び(SLOW START)２５によってハイに引き上げ
られる。信号(SLOW START)２５は，ＶＤＤ＝１２ボルト
以後０．５秒間低くなる。ゲート４８及び５１は、ＦＡ
ＣＴ技術であることが好ましく、２．０ボルト程度の低
電圧で動作可能で、高信号に対して０．１ボルト以内の
供給電圧で出力を有することが保証されている。ゲート
４８は(LPM 5V REF)５０によって動作され、トランジス
タ４９のベースからエミッタへの電圧を−０．１ボルト
に保つ。この電圧は、トランジスタ４９を動作するのに
必要な０．７ボルトより非常に低く、トランジスタ４９
のエミッタを高インピーダンス状態に保つ。

【００３７】図３の電力供給モニタ回路１６は、正の電
力供給ＶＤＤをモニタし、ディジタル信号(SLOW START)
２５及び(PWR RESET) ２６を生成する。電力供給モニタ
回路１６は、トランジスタ５２を含む分割回路を有して
いる。トランジスタ５２は、ＶＤＤ及び接地間の抵抗器
５３及び５４の接合部に接続されたベースと、抵抗器５
５によってＶＤＤに接続されたコレクタと、抵抗器５６
によって接地に接続されるエミッタとを有する。抵抗器
６１及びキャパシタ５７は、低電圧感知回路５９用の遅
延回路を形成する。低電圧感知回路５９及び６０は、そ
れぞれ、ＶＤＤ電圧があらかじめ設定された値を越えて
いるか否か感知する。抵抗器６１及びキャパシタ５７の
時間定数によって決定される、あらかじめ設定された遅
延の間、低電圧感知回路５９は、低電圧を感知し、信号
(SLOW START)を生成する。低電圧感知回路６０が低電圧
を感知した場合、Ｄフリップフロップ４７を介し、遅延
することなく、信号(PWR RESET) を生成する。これらの
信号は双方共クローバスイッチ１４を駆動する。低電圧
感知回路５９は、パワーアップ時に遅延をもってレーザ
をクローバするのに使用される。低電圧感知回路６０
は、電力ＶＤＤの低下を即座に検知し、パワーアップ時
に遅延をもってレーザをクローバするのに使用される。

【００３８】電力がさらに０．５秒間安定である後、信
号(SLOW START)２５がハイになる。信号(BRD RESET) １
９がソフトウェアによって放出され、クローバ分流を除
去し、レーザダイオード１を動作させる。（ローに）設
定された場合に、クローバＦＥＴ３４によってレーザ電
流を分流するその他の信号は、信号(LASER OUT TEMP)２
４と信号(PWR RESET) ２６と信号(LASER OVERPOWER) ２
３である。レーザダイオード１が、望ましい温度範囲よ
り高いか、あるいは低いと判断される温度となった場
合、信号(LASER OUT TEMP)２４が設定される。高温状態
では、レーザダイオードの劣化を招き、低温ではレーザ
上の結露の原因となる。低温状態では、サーミスタへの
接続が切断されたことを示すことがあり、負の温度係数
により、レーザの加熱の原因となり、温度異常を招き、
レーザダイオードの損傷の原因となり得る。正の電力供
給ＶＤＤが１２ボルトから１０％低下すると、信号(POW
ER RESET) ２６が設定され、レーザをクローバする。ホ
トダイオードからの電流フィードバックが、レーザ電力
があらかじめ設定した最大電力レベルより高いことを示
している場合、信号(LASER OVERPOWER) が設定される。

【００３９】スレッショルド操作図１、５、６について説明する。スレッショルドクロッ
ク７０は、タイマ７１（たとえばＮＥ５５５）を含む。
タイマ７１は、高い状態にある３つのディジタル信号(L
AS AT TH) ２２、(SLOW START)２５、(LIN THR SEL) １
７のすべてによって駆動される。通常の操作では、信号
(SLOW START)２５が、電力が安定された後１秒間ローに
され、信号(LAS AT THR)２２及び信号(LIN THR SEL) １
７は、パワーアップ時にハードウェアによってハイに設
定される。ソフトウェアが信号(LIN THR SEL) １７を高
く書き込む場合、スレッショルドクロック７０は、レー
ザダイオード１がスレッショルド状態に達し、信号(LAS
AT THR)２２がローに設定され、スレッショルドクロッ
クを停止するまで振動可能となる。

【００４０】スレッショルドクロック７０は、スレッシ
ョルドカウンタ７２をクロックする。スレッショルドカ
ウンタ７２は、パワーアップ時に初期化され、次いで、
信号(LAS AT THR)２２がローに設定されて停止されるま
で、０００からＦＦＦ（１６進数）までをカウントす
る。スレッショルドカウンタ７２は、たとえば、継続型
４ビットカウンタ７３、７４、７５を含む１２ビットカ
ウンタである。

【００４１】スレッショルドカウンタ７２の１２ビット
ディジタル出力(THR D) （０：１１）７６は、１２ビッ
トのラッチ７７によってラッチされる。ラッチ７７の出
力は、１２ビットのスレッショルドディジタルアナログ
変換器８（図５）への入力として使用される。スレッシ
ョルドＤＡＣ８の出力は、トランスインピーダンス増幅
器７によって変換され、加算増幅器５に対するアナログ
電圧入力(THR DAC) ２０を供給し、電圧制御電流ソース
４を駆動する。

【００４２】直線操作次に図１及び４について説明する。１２ビットディジタ
ルデータ(APC D) （０：１１）７８は、ＨＩ−Ｚ入力ラ
ッチ７９への入力である。このラッチされたデータ(BUF
APC.D) （０：１１）８０は、リニアＤＡＣ１２とその
トランスインピーダンス増幅器１１によってアナログ信
号(LIN DAC) ２１に変換される。

【００４３】レーザダイオード１の直線動作は、しきい
電力の最小電力から最大電力までの範囲にある。

【００４４】ＬＡＳ＿ＡＴ＿ＴＨＲ２２及びレーザ過大
電力検出器１３次に図１及び８について説明する。ＥｌａｎｔｅｃＥ
Ｌ２２５２コンポーネントのような高速比較器８１が使
用され、信号(APC FEEDBACK)３３を参照電圧と比較す
る。

【００４５】信号(APC FEEDBACK)３３が、たとえばレー
ザ電力の４．８５ｍＷ相当の４．８５ボルト以上である
場合、ディジタル信号(LASER OVERPOWER) ２３が（ロー
に）設定される。信号(LASER OVERPOWER) ２３の指定
は、クローバスイッチ１４の分流器をレーザダイオード
１に配置し、レーザダイオード１を、たとえば５．０ｍ
Ｗの最大電力の超過から保護するのに使用される。

【００４６】信号(APC FEEDBACK)３３が、増幅器８２に
よって得られる＋６の利得により、レーザ電力の０．５
ｍＷ相当の３．０ボルト以上になると、ディジタル信号
(LASER AT THR)２２が（ローに）設定される。指定され
たLASER AT THR２２がスレッショルドクロック７０とス
レッショルドカウンタ７２を停止すると、スレッショル
ドカウンタ７２の最後の値がスレッショルドＤＡＣ８に
ラッチされ、レーザダイオード１をしきい電力に保持す
る。

【００４７】レーザダイオード温度モニタ１５図１及び９について説明する。図９において、増幅器８
５は、サーミスタ３の抵抗と抵抗器８６、すなわち参照
抵抗器との差分を増幅するのに使用される。これによっ
て、熱電冷却機（ＴＥＣ）８７を駆動するのに使用され
る誤差電圧を生成する。熱電冷却機（ＴＥＣ）８７は、
レーザダイオード１を加熱または冷却する。レーザダイ
オード温度モニタ１５（図１）は、演算増幅器８８及び
８９と、それぞれに付随する回路を含む。本回路はウィ
ンドウ比較器として動作し、レーザダイオード１が２５
゜Ｃより高いかまたは低いかを判断し、適切な信号(LAS
ERUNDERTEMP) ９０または(LASER OVERTEMP)９１を指定
する。これらの信号９０、９１は、レーザダイオード１
に対するクローバスイッチ１４に印加することが可能
で、温度損傷を防止する。接続が不適切な場合、負の温
度係数に対して開電式となり、サーミスタ３は低温状態
となり、ＴＥＣ８７（図９）によって、最大の熱をレー
ザダイオード１に加えさせる。これによってバックファ
セットホトダイオード２の効率を低減させ、レーザ電力
サーボループによってレーザダイオード１をオーバドラ
イブさせる。もう一方の状態では、サーミスタ３は短絡
され、レーザダイオード１は、レーザダイオード１上に
結露する点まで冷却され、光学的汚染を引き起す。

【００４８】電力シーケンサ図１及び１０について説明する。図１０は、電力シーケ
ンサ１３０を示している。電力シーケンサ１３０は、＋
１５ボルトの入力正電圧(SW P15V) ９２及び−１５ボル
トの入力負電圧(SW N15V) ９３とをモニタし、レーザ駆
動回路に電力を印加する以前に、総電圧降下の３０ボル
トに対し、これらの合計が２ボルト以内であることを判
断する。説明のため、正の１２ボルトＶＤＤに対する電
力シーケンサの上部半分のみについて説明する。下部半
分は、これの鏡像体となる（ただし、負の１２ボルト供
給ＶＢＢについては、対応するダイオード９８及び１０
４を除く）。信号９２、９３は、電力シーケンサ３０に
印加される以前に、フィルタ９４、９５によってフィル
タリングされる。

【００４９】電力をモニタする手段は、２８ボルトツェ
ナーダイオード９６を使用し、供給電圧がほぼ±１５ボ
ルトに達した場合にのみ、トランジスタ９７のベース−
エミッタ電圧がトランジスタ９７をオンにするのに十分
大きくなるよう、±１５ボルトの間で少なくとも２８ボ
ルト±１％降下させることによる。ダイオード９８はＶ
ＤＤ回路で使用されるが、ＶＢＢ回路では使用されず、
ツェナーダイオード９６、９６’の１％許容差によって
ＶＢＢがオンの間にＶＤＤがオンとなるのを確実に防止
する。トランジスタ９７がオンになると、抵抗器９９、
１００を介して、電流がコレクタに流れる。これによっ
て抵抗器９９の電圧を十分に下降させ、トランジスタ１
０１をオンにする。抵抗器１０２及びキャパシタ１０３
の時間定数によって時間遅延が形成される。これによっ
て、ＶＤＤが始動される前に、±１５ボルト安定化後、
１２秒の遅延を行う。このディレイの間、電力供給が低
下し、ダイオード１０４はパスを供給し、キャパシタ１
０３を急速に放電し、時間遅延を終了する。

【００５０】ＶＢＢに対する電力シーケンスは、ＶＤＤ
の１０分の１の時間定数を有し、ＶＢＢが最初に始動
し、次いでＶＤＤが始動する。レーザ保護回路はＶＢＢ
によって付勢されるため、この電力が最初に印加され
る。

【００５１】図７は、バックファセットホトダイオード
２のトランスインピーダンス増幅器６を示している。図
示したように、ホトダイオード２からの信号(PHOTODIOD
E)１０５及び負の参照信号(N 8.1VREF) １０６が、それ
ぞれ、並列に接続された演算増幅器１０７及び１０８に
印加される。演算増幅器１０７及び１０８の出力は演算
増幅器１０９への入力で、演算増幅器１０９の出力は信
号(APC FEEDBACK)である。この信号は、たとえば、１ボ
ルト／ｍＷのレーザ電力の出力を有する。

【００５２】本発明は、レーザダイオードプリンタのよ
うなレーザ画像システムにおいて用途がある。

【００５３】

【発明の効果】本発明の画像装置により、一定のレーザ
出力電力が自動的に設定及び維持され、過大電力、高温
及び低温、パワーアップ状態及びパワーダウン状態にお
ける過渡電圧スパイク及び過渡電流スパイクから、レー
ザダイオードを保護することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザダイオード保護回路のブロック
図である。

【図２】図１に示した本発明の電圧制御電流ソース４、
加算増幅器５、クローバスイッチ１４のブロック図であ
る。

【図３】本発明のクローバ駆動回路４５のブロック図で
ある。

【図４】本発明の図１に示したトランスインピーダンス
増幅器１１による変換のブロック図である。

【図５】本発明の図１に示したトランスインピーダンス
増幅器７によるスレッショルド操作のブロック図であ
る。

【図６】本発明の図１に示したトランスインピーダンス
増幅器７によるスレッショルド操作のブロック図であ
る。

【図７】本発明の図１に示したバックファセットホトダ
イオード２のトランスインピーダンス増幅器６のブロッ
ク図である。

【図８】本発明の図１に示したレーザ過大電力検出器１
３のブロック図である。

【図９】本発明の図１に示したレーザダイオード温度モ
ニタ１５のブロック図である。

【図１０】本発明の図１に示した電力シーケンサ１３０
のブロック図である。

【図１１】レーザダイオード動作曲線のグラフ図であ
る。同図において、発光出力Ｐは、レーザダイオードの
電流Ｉの関数である。

【図１２】レーザダイオードと本発明のレーザ制御回路
の実施例を組み込んだ画像システムのブロック図であ
る。

【符号の説明】

１レーザダイオード２バックファセットホトダイオード３サーミスタ４電圧制御電流ソース（電力供給手段）５加算増幅器（ａｍｐ）１３レーザ過大電力検出器（レーザ光出力モニタ手
段）１４クローバスイッチ（低インピーダンススイッチ、
分流回路手段）１５レーザダイオード温度モニタ（温度モニタ手段）１６電力供給モニタ（電力供給モニタ手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ画像装置において、レーザ光出力を生成するレーザダイオード（１）と、前記レーザダイオードに電力を供給する電力供給手段
（１３０）、（４）と、前記レーザダイオードを迂回して電力を分流させる分流
回路手段（１４）と、前記レーザダイオードを画像信号によって変調する変調
手段（１２）と、前記レーザダイオードのレーザ光出力をモニタするレー
ザ光出力モニタ手段（１３）と、前記レーザダイオード（１）の温度をモニタする温度モ
ニタ手段（１５）と、前記ダイオードに供給される電力をモニタする電力供給
モニタ手段（１６）と、前記レーザダイオード（１）を迂回して電力を分流させ
るために前記分流手段（１４）を制御する制御手段と、を含み、前記制御手段は、ａ）前記レーザダイオード（１）からの前記レーザ光が
所定の最大値を超過したことが検出された場合に、前記
レーザ光出力モニタ手段（１３）によって生成されるレ
ーザ出力過大信号と、ｂ）前記レーザダイオード（１）の温度が所定温度範囲
より低いかまたは高いことが検出された場合に、前記温
度モニタ手段（１５）によって生成されるレーザ異常温
度信号と、ｃ）前記電力供給手段によって前記レーザダイオード
（１）に供給される電力が所定の電圧値範囲より低いか
または高いことが検出された場合に、前記電力供給モニ
タ手段（１６）によって生成される電力過大信号または
電力不足信号と、の中で１つまたはそれ以上の信号に応答して分流制御を
行うことを特徴とする装置。